Nuevos conocimientos sobre las propiedades depuradoras del agua de la magnetita
Las Naciones Unidas establecieron el acceso al agua potable como un derecho humano en 2010(se abrirá en una nueva ventana), y el sexto objetivo de los Objetivos de Desarrollo Sostenible(se abrirá en una nueva ventana) es «garantizar la disponibilidad de agua y su gestión sostenible y el saneamiento para todos». Los resultados del proyecto REPONANO en materia de descontaminación del agua contribuyen a garantizar el éxito de estos hitos. El equipo del proyecto REPONANO probó una nueva forma de descontaminar el agua con magnetita, un mineral de óxido de hierro. «En REPONANO, además de mejorar los procesos de descontaminación empleando magnetita, queríamos miniaturizar el proceso. Para ello, creamos un sistema microfluídico, que aprovecha los nuevos avances en espectroscopia para observar cómo los agregados poliméricos de nanomagnetita eliminan contaminantes», explica Evgenia-Maria Papaslioti, investigadora del proyecto REPONANO, financiado por las Acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana). La magnetita puede descontaminar agua potable y residual de tres maneras. En primer lugar, la magnetita puede cambiar la composición del agua, lo que hace que las partículas tóxicas se disipen antes de caer al fondo del agua para su extracción. Las partículas de nanomagnetita también se pueden emplear en microfiltros y, de este modo, impedir el paso de contaminantes. Por último, las propiedades de la magnetita para unirse al oxígeno pueden dar lugar lo que se denominan agregados de (hidr)óxido de hierro, que se unen a las partículas contaminantes y las eliminan del agua. Este método se ha estudiado normalmente en sistemas de flujo continuo o por lotes a gran escala, que han demostrado un gran potencial para eliminar metales pesados tóxicos como, por ejemplo, el arsénico, el plomo y el selenio.
Pruebas por lotes a gran escala
El equipo de REPONANO efectuó experimentos por lotes a gran escala para comprobar la eficacia de la magnetita a la hora de inmovilizar compuestos tóxicos como el arsénico, el antimonio y el uranio en aguas residuales muy ácidas y ricas en fosfatos. A fin de fomentar los procesos «verdes», la magnetita utilizada había sido reciclada del sector siderúrgico a través de un proceso patentado por HYMAG’IN(se abrirá en una nueva ventana). «Con nuestra novedosa técnica de tres pasos demostramos, por primera vez, que es posible emplear hierro cerovalente(se abrirá en una nueva ventana) para reducir la acidez. A continuación eliminamos el fosfato, que se empleó para crear el mineral “vivianita", antes de añadir la magnetita para inmovilizar los contaminantes», agrega Papaslioti.
Pruebas microfluídicas
Dado que la hidrodinámica(se abrirá en una nueva ventana) se investiga mejor a microescala, el equipo colaboró con el Instituto de Física de Rennes(se abrirá en una nueva ventana) para desarrollar un dispositivo polimérico microfluídico que permitiera estudiar la descontaminación del agua a través de partículas diminutas de magnetita (nanomagnetita). El equipo se propuso examinar asimismo si los recubrimientos poliméricos, considerados ya como descontaminantes eficaces, podían aumentar la capacidad descontaminante de la nanomagnetita. Para ello, crearon agregados cilíndricos de hidrogel (polietilenglicol) mezclado con nanopartículas de magnetita recubiertas de quitosano. «La nanomagnetita ya se emplea como material filtrante en algunas plantas de tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, su pequeño tamaño hace que tienda a atravesar los filtros o a taponarlos —explica Laurent Charlet, coordinador del proyecto—. Al aumentar su tamaño y cambiar su forma, nuestros materiales híbridos podrían impedirlo, al tiempo que facilitarían su filtración». Para comprobar la eficacia de estos agregados poliméricos de nanomagnetita en la inmovilización del antimonio, se llevaron a cabo experimentos de flujo continuo. A fin de cartografiar la distribución del antimonio y la cantidad absorbida en los agregados, así como determinar su estado de oxidación(se abrirá en una nueva ventana) (que favorece la inmovilización y eliminación del antimonio del agua), se emplearon por primera vez en estos sistemas la espectroscopia de absorción de rayos X de sincrotrón(se abrirá en una nueva ventana) y la microfluorescencia de rayos X. A continuación, se creó un modelo informático en tres dimensiones para simular y validar cómo se difundía y distribuía el antimonio durante estos experimentos. La identificación de las zonas específicas en las que el antimonio reacciona con la nanomagnetita ofrece información sobre la forma y composición óptimas de los agregados. «Esto no solo posibilitaría métodos más eficaces para observar los sistemas naturales, sino también nuevos tratamientos del agua basados en dispositivos microscópicos, como los microfluídicos», comenta Papaslioti. El equipo se propone llevar a cabo más experimentos de absorción con una variedad mayor de contaminantes y condiciones, modificando las concentraciones de contaminantes y nanomagnetita, el pH y los caudales, así como experimentando con la composición y forma de los agregados.
